DE102010043905A1 - Solar cell module and method for its production - Google Patents

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Abstract

Solarzellenmodul mit einer Vielzahl von auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper angeordneten und über Leitbahnen verschalteten Solarzellen, wobei die Solarzellen Anschlusskontakte zur Verschaltung ausschließlich auf einer der beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, die Leitbahnen auf die den Solarzellen zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht sind und die Solarzellen nur an ihren rückseitigen Anschlusskontakten mit den Leitbahnen verbunden sind.Solar cell module with a large number of solar cells arranged on an electrically insulating support body and interconnected via interconnects, the solar cells having connection contacts for interconnection exclusively on one of the two surfaces, which in the position of use represents the rear side, the interconnects are applied to the surface of the carrier body facing the solar cells and the solar cells are only connected to the interconnects at their rear connection contacts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarzellenmodul mit einer Vielzahl von auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper angeordneten und über Leitbahnen verschalteten Solarzellen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Solarzellenmoduls.The invention relates to a solar cell module having a plurality of solar cells arranged on an electrically insulating carrier body and interconnected via interconnects, and to a method for producing such a solar cell module.

Stand der TechnikState of the art

Photovoltaikmodule mit kristallinen Solarzellen bestehen aus einer Verschaltung von einzelnen Solarzellen. Eine einzelne Solarzelle erzeugt unter Beleuchtung eine Spannung von ca. 0,5 bis 0,6 Volt. Da diese geringe Spannung in der Praxis schlecht nutzbar ist, werden mehrere Solarzellen in Reihenschaltung miteinander verbunden. Dazu besitzen die Solarzellen jeweils Plus- und Minuskontakte. Meist werden diese mittels verzinnter Kupferflachleiter miteinander verlötet. 1 zeigt schematisch eine entsprechende Konfiguration, wobei zwei Solarzellen 1 dargestellt sind, die jeweils über zwei Kupferflachleiter 3 derart angeschlossen sind, dass diese die Unterseite der einen Solarzelle mit der Oberseite der anderen kontaktieren.Photovoltaic modules with crystalline solar cells consist of an interconnection of individual solar cells. A single solar cell generates a voltage of about 0.5 to 0.6 volts under illumination. Since this low voltage is difficult to use in practice, several solar cells are connected in series. For this purpose, the solar cells each have plus and minus contacts. These are usually soldered together using tinned copper flat conductors. 1 schematically shows a corresponding configuration, wherein two solar cells 1 are shown, each with two copper flat conductor 3 are connected so that they contact the bottom of a solar cell with the top of the other.

Die Solarzellen sind vorzugsweise in Reihenschaltung verbunden, so addieren sich die Einzelspannungen und es werden praxistaugliche Spannungen erzeugt. Ein Modul mit 36 Zellen in einer Serienverschaltung erzeugt ca. 17 bis 21 V und kann beispielsweise ein 12 V-Batteriesystem laden. Es sind auch Kombinationen aus Reihen- und Parallelschaltungen möglich. Die Parallelschaltungen dienen der Stromerhöhung. Allen Schaltungsvarianten sind die Verbindungen der Einzelzellen mittels eines oder mehrerer Verbindungsflachleiter gemeinsam. Dafür müssen die Solarzellen mit den Verbindungsleitungen kontaktiert werden. Die Kontakte können auf der Ober- und Unterseite der Solarzelle oder beidseitig auf der Rückseite aufgebracht sein.The solar cells are preferably connected in series, so the individual voltages add up and practical voltages are generated. A module with 36 cells in series connection generates approx. 17 to 21 V and can, for example, charge a 12 V battery system. Combinations of series and parallel connections are also possible. The parallel circuits serve to increase the current. All circuit variants, the compounds of the individual cells by means of one or more connection flat conductor in common. For this, the solar cells must be contacted with the connecting lines. The contacts can be applied on the top and bottom of the solar cell or on both sides on the back.

Üblicherweise werden die Solarzellen mit einem Lötautomaten miteinander zu sogenannten Strings verlötet. Da das Zeilverbinden sequentiell erfolgt, bedeutet dies auch einen nicht unerheblichen Zeitaufwand. Die Strings umfassen beispielsweise 10 Solarzellen, die jeweils vom eigenen Pluskontakt (oder Minus) mit dem Minuskontakt (oder Plus) der Nachbarzelle verbunden sind. Diese werden zwischengelagert und später im Solarmodul zu Arrays miteinander verbunden. 2 zeigt in einer schematischen perspektivischen Explosionsdarstellung den Aufbau eines auf diese Weise hergestellten Solarzellenmoduls 5, welches (vereinfacht) aus zwei Strings 7 mit je acht über Verbindungsleiter 3 verbundenen Solarzellen 1 gebildet ist. Die Solarzellen 1 wie auch die Flachleiter 3 werden hierbei, mit einer dazwischen gelegten EVA-Folie 9a, von einer Glasplatte 11 getragen, und ihre Oberseite wird durch eine weitere (transparente) EVA-Folie 9b und eine ebenfalls transparente Deckfolie 13 geschützt.Usually, the solar cells are soldered together with a soldering machine to so-called strings. Since the Zeilverbinden takes place sequentially, this also means a considerable amount of time. The strings comprise, for example, 10 solar cells which are each connected by their own plus contact (or minus) to the minus contact (or plus) of the neighboring cell. These are stored temporarily and later connected to arrays in the solar module. 2 shows a schematic perspective exploded view of the structure of a solar cell module produced in this way 5 which (simplified) consists of two strings 7 with eight each via connecting conductors 3 connected solar cells 1 is formed. The solar cells 1 as well as the flat conductors 3 be here, with an interposed EVA film 9a , from a glass plate 11 worn, and its top is replaced by another (transparent) EVA film 9b and a likewise transparent cover sheet 13 protected.

Beim Verlöten zu Strings sowie deren Transport und Verschaltung zu Arrays werden die Solarzellen mechanisch gestresst, und so werden Zellen zerstört. Dieser Zellbruch liegt ca. bei 0,2 bis 0,8%. Wenn eine Solarzelle im Zellstring beschädigt ist, muss diese wieder manuell ausgelötet und ersetzt werden, bevor sie im String zu einem Modul verbaut wird. Eine vollautomatische Stringverlötung ist nur mit Hilfe aufwendiger Robotertechnik möglich.When soldering to strings and their transport and interconnection to arrays, the solar cells are mechanically stressed, and so cells are destroyed. This cell breakage is approximately 0.2 to 0.8%. If a solar cell in the cell string is damaged, it must be manually re-soldered and replaced before it is installed in the string to a module. Fully automatic string soldering is only possible with the aid of sophisticated robot technology.

Aus der DE 35 20 423 C2 ist ein Solarzellenmodul bekannt, welches auf einem Trägerkörper mit aufgedruckten Leitbahnen aufbaut, wobei Solarzellen mit Rückseiten- und Vorderseitenkontakten eingesetzt werden und eine isolierende Folie vorgesehen ist, die zusätzliche leitende Streifen aufweist und in einer ausgeklügelten Konfiguration die Rückseiten-zu-Vorderseiten-Verbindung benachbarter Solarzellen realisiert.From the DE 35 20 423 C2 a solar cell module is known which builds on a carrier body with printed interconnects, wherein solar cells are used with back and front contacts and an insulating film is provided which has additional conductive strips and in a sophisticated configuration, the back-to-front connection of adjacent solar cells realized.

Aus der DE 102 61 876 B4 ist eine weitere Lösung bekannt, welche auf einem Trägerkörper mit integrierten Leitbahnen und Solarzellen mit Rückseiten- und Vorseitenkontakt basiert. Hierbei gibt es spezielle Leitkleber-Verbindungen in den Randbereichen der einzelnen Solarzellen über einer wallartigen Isolationsschicht, um die Vorderseiten-zu-Rückseiten-Verbindungen zu realisieren.From the DE 102 61 876 B4 Another solution is known, which is based on a carrier body with integrated interconnects and solar cells with back and front contact. There are special conductive adhesive compounds in the edge regions of the individual solar cells over a wall-like insulation layer in order to realize the front-to-back connections.

Beide bekannten Lösungen auf der Basis von mit Leitbahnen beschichteten Trägerkörpern erfordern letztlich einen erheblichen materialseitigen und prozesstechnischen Aufwand.Both known solutions based on carriers coated with interconnects ultimately require a considerable material-side and process engineering effort.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der Erfindung ist ein Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demgemäß gehört zur Erfindung der Gedanke, das Modul aus Solarzellen zu bilden, welche Anschlusskontakte zur String- bzw. und Array-Verschaltung ausschließlich auf einer ihrer beiden Oberflächen haben, und zwar speziell auf derjenigen, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt. Weiterhin gehört zur Erfindung der Gedanke, dass die Leitbahnen auf den Trägerkörper aufgebracht sind, und zwar auf seine im Montagezustand den Solarzellen zugewandte Oberfläche. Schließlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Solarzellen nur an ihren rückseitigen Anschlusskontakten mit den Leitbahnen verbunden sind.The invention relates to a solar cell module having the features of claim 1. Accordingly, the invention of the idea to form the module of solar cells, which have connection contacts for string or array interconnection exclusively on one of its two surfaces, specifically on one that represents the reverse side in use position. Furthermore, the invention includes the idea that the interconnects are applied to the carrier body, namely its surface facing the solar cell in the assembled state. Finally, the invention provides that the solar cells are connected only at their rear terminal contacts with the interconnects.

Des Weiteren wird mit der Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bereitgestellt. Hiernach umfasst die Herstellung der Verbindungspunkte der Leitbahnen auf dem Trägerkörper mit den Anschlusskontakten der Solarzellen zwei Phasen. In einem ersten Schritt werden, insbesondere sequentiell, die Verbindungspunkte oder Anschlusskontakte mit Lötpaste oder Klebstoff versehen. In einem zweiten Schritt werden die Solarzellen des Moduls, insbesondere zeitgleich, auf den Trägerkörper aufgelötet oder ggfs. aufgeklebt.Furthermore, the invention provides a method having the features of claim 8. Hereinafter, the production of the connection points of the interconnects on the carrier body with the connection contacts of the solar cell comprises two Phases. In a first step, in particular sequentially, the connection points or connection contacts are provided with soldering paste or adhesive. In a second step, the solar cells of the module, in particular at the same time, soldered to the carrier body or possibly glued.

Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Solarzellen Anschlusskontakte zur Verschaltung ausschließlich auf einer der beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, die Leitbahnen auf die den Solarzellen zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht sind und die Solarzellen nur an ihren rückseitigen Anschlusskontakten mit den Leitbahnen verbunden sind.An embodiment of the invention provides that the solar cells have connection contacts for interconnection exclusively on one of the two surfaces, which represents the back in the position of use, the interconnects are applied to the solar cell facing surface of the carrier body and the solar cells only at their rear terminal contacts with the Guideways are connected.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass Bypassdioden in die Leitbahnstruktur auf der Oberfläche des Trägerkörpers integriert sind. Parallel hierzu oder auch unabhängig davon können vorbestimmte Messpunkte zur elektrischen Qualitätskontrolle der Solarzellen an den Leitbahnen vorgesehen sein.In a further embodiment, it is provided that bypass diodes are integrated into the interconnect structure on the surface of the carrier body. Parallel to this or independently, predetermined measuring points for electrical quality control of the solar cells can be provided on the interconnects.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Trägerkörper als Keramikplatte ausgebildet, oder er umfasst zumindest eine solche.In a further embodiment of the invention, the carrier body is formed as a ceramic plate, or it comprises at least one such.

In weiteren Ausführungen der Erfindung sind die Leitbahnen in einem vorgelagerten Arbeitsschritt auf den Keramikträger aufgebracht, beispielsweise durch Kleben oder Ultraschalllöten, und insbesondere lötfertig mit Lot- und Flussmittel versehen.In further embodiments of the invention, the interconnects are applied in an upstream step on the ceramic support, for example by gluing or ultrasonic soldering, and in particular provided ready solder with solder and flux.

In Ausführungen des Verfahrens zur Herstellung des vorgeschlagenen Solarzellenmoduls werden die Solarzellen zum Auflöten ganzflächig erwärmt und/oder mittels Schwalllöten auf die Leitbahnen auf dem Trägerkörper aufgelötet.In embodiments of the method for producing the proposed solar cell module, the solar cells are heated for soldering over the entire surface and / or soldered by wave soldering to the interconnects on the carrier body.

Vorteile, die sich mit der Erfindung zumindest in einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungsformen ergeben, sind folgende:

  • – starke Verringerung des Zellbruches, da Zellen weniger transportiert werden;
  • – starke Verringerung des Zellbruches, da Zellen weniger thermisch gestresst werden;
  • – vollautomatische Verarbeitung und Verlötung sind einfach zu realisieren;
  • – große Zeitersparnis, da eine Zelleneinzelverschaltung entfällt (Tabber-Stringer);
  • – einfache zeitgleiche elektrische Qualitätskontrolle aller Solarzellen durch Prüfpunkte auf dem Träger ist möglich;
  • – Integrierung von Bypassdioden in die Verschaltung ist einfach zu realisieren;
  • – dadurch ist die Einsparung der klassischen Modulanschlussdose möglich;
  • – besonders der Einsatz von preiswerten Keramikplatten als Trägermaterial ist denkbar.
Advantages that emerge with the invention in at least one or more of the above embodiments are as follows:
  • - strong reduction of cell breakage as cells are transported less;
  • - strong reduction of cell breakage as cells become less thermally stressed;
  • - fully automatic processing and soldering are easy to implement;
  • - Saves a great deal of time since there is no need for a single cell interconnection (Tabber Stringer);
  • - Simple simultaneous electrical quality control of all solar cells by inspection points on the support is possible;
  • - Integration of bypass diodes in the interconnection is easy to implement;
  • - This is the saving of the classic module junction box possible;
  • - Especially the use of inexpensive ceramic plates as a carrier material is conceivable.

Zeichnungendrawings

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:Incidentally, advantages and expediencies of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. From these show:

1 eine skizzenartige Darstellung der herkömmlichen Verbindung von Solarzellen in einem Solarzellenmodul, 1 a sketch of the conventional connection of solar cells in a solar cell module,

2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Aufbaus eines herkömmlichen Solarzellenmoduls, 2 an exploded perspective view of the structure of a conventional solar cell module,

3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls und 3 an exploded perspective view of the structure of a solar cell module according to the invention and

4 eine skizzenartige Darstellung des Aufbaus eines elektrischen Kontakts beim Solarzellenmodul nach 3. 4 a sketch-like representation of the structure of an electrical contact in the solar cell module according to 3 ,

3 zeigt in Anlehnung an die einen herkömmlichen Aufbau zeigende Darstellung in 2 ein erfindungsgemäßes Solarzellenmodul 5', welches hier z. B. ein Solarzellenarray 6 aus 16 in zwei zueinander parallelen Reihen angeordneten Solarzellen 1 umfasst. Die Solarzellen 1 des Arrays 6 sind auf einer Leitbahnstruktur 3' angeordnet und mit dieser fest verbunden, die ihrerseits auf einen Keramik-Trägerkörper 11' aufgebracht ist. In die Leitbahnstruktur können (was in der Figur nicht dargestellt ist) Bypassdioden und/oder Mess- bzw. Testpunkte zur Prüfung der Funktionsfähigkeit des Moduls eingebunden sein. Wie bei der herkömmlichen Ausführung, ist das Solarzellenarray mit einer EVA-Folie 9b und einer Deckfolie 13 abgedeckt. 3 shows on the basis of a conventional structure showing in FIG 2 a solar cell module according to the invention 5 ' , which here z. B. a solar cell array 6 from 16 arranged in two parallel rows of solar cells 1 includes. The solar cells 1 of the array 6 are on a route structure 3 ' arranged and firmly connected to this, in turn, on a ceramic carrier body 11 ' is applied. In the interconnect structure can (which is not shown in the figure) bypass diodes and / or measuring or test points to be integrated to test the functionality of the module. As in the conventional design, the solar cell array is with an EVA foil 9b and a cover sheet 13 covered.

4 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung den Aufbau eines Kontaktpunktes 15 eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls auf einem Trägerkörper 11', wobei auf eine auf den Trägerkörper (etwa in Dickschichttechnik) aufgebrachte Leitbahn 3' ein Lötpunkt 17 gesetzt ist, der die Leitbahn mit einem darüber positionierten Anschlusspunkt 19 auf der rückseitigen Oberfläche einer Solarzelle 1 verbindet. 4 shows in a schematic cross-sectional representation of the structure of a contact point 15 a solar cell module according to the invention on a carrier body 11 ' , Wherein applied to the carrier body (such as in thick-film technology) track 3 ' a soldering point 17 is set, which the interconnect with a connection point positioned above 19 on the back surface of a solar cell 1 combines.

Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.Within the scope of expert action, further refinements and embodiments of the method and apparatus described here by way of example only arise.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3520423 C2 [0006] DE 3520423 C2 [0006]
  • DE 10261876 B4 [0007] DE 10261876 B4 [0007]

Claims (9)

Solarzellenmodul (5') mit einer Vielzahl von auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper (11') angeordneten und über Leitbahnen (3') verschalteten Solarzellen, wobei die Solarzellen Anschlusskontakte (19) zur Verschaltung ausschließlich auf einer der beiden Oberflächen haben, die in Gebrauchslage die Rückseite darstellt, die Leitbahnen (3') auf die den Solarzellen zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht sind und die Solarzellen nur an ihren rückseitigen Anschlusskontakten mit den Leitbahnen verbunden sind (17).Solar cell module ( 5 ' ) with a plurality of on an electrically insulating support body ( 11 ' ) and via interconnects ( 3 ' ) connected solar cells, wherein the solar cells connecting contacts ( 19 ) for interconnection exclusively on one of the two surfaces, which in the position of use represents the back, the interconnects ( 3 ' ) are applied to the solar cell facing surface of the carrier body and the solar cells are connected only at their rear terminal contacts with the interconnects ( 17 ). Solarzellenmodul nach Anspruch 1, wobei die Solarzellen (1) an ihren Anschlusskontakten stoffschlüssig mit den Leitbahnen verbunden, insbesondere auf diese aufgelötet (17) oder mittels leitfähigem Kleber aufgeklebt, sind.Solar cell module according to claim 1, wherein the solar cells ( 1 ) are connected at their connection contacts in a material-locking manner with the interconnects, in particular soldered onto them ( 17 ) or glued by means of conductive adhesive are. Solarzellenmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei Bypassdioden in die Leitbahnstruktur auf der Oberfläche des Trägerkörpers integriert sind.Solar cell module according to claim 1 or 2, wherein bypass diodes are integrated in the interconnect structure on the surface of the carrier body. Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerkörper als Keramikplatte (3') ausgebildet ist oder eine solche umfasst.Solar cell module according to one of the preceding claims, wherein the carrier body as a ceramic plate ( 3 ' ) is formed or includes such. Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leitbahnen in einem vorgelagerten Arbeitsschritt auf den Keramikträger aufgebracht werden, beispielsweise durch Kleben oder Ultraschalllöten, und insbesondere lötfertig mit Lot und Flussmittel versehen sind.Solar cell module according to one of the preceding claims, wherein the interconnects are applied in an upstream operation on the ceramic substrate, for example by gluing or ultrasonic soldering, and in particular solder-ready with solder and flux are provided. Solarzellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vorbestimmte Messpunkte zur elektrischen Qualitätskontrolle der Solarzellen an den Leitbahnen vorgesehen sind.Solar cell module according to one of the preceding claims, wherein predetermined measuring points for electrical quality control of the solar cells are provided on the interconnects. Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls (5') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vorbestimmte Verbindungspunkte der Leitbahnen (3') auf dem Trägerkörper (11') oder die rückseitigen Anschlusskontakte (19) auf den Solarzellen (1) in einem ersten Schritt, insbesondere sequentiell, mit Lötpaste oder Klebstoff versehen und in einem zweiten Schritt die Solarzellen des Solarzellenmoduls, insbesondere zeitgleich, auf den Trägerkörper aufgelötet oder aufgeklebt werden.Method for producing a solar cell module ( 5 ' ) according to one of the preceding claims, wherein predetermined connection points of the interconnects ( 3 ' ) on the carrier body ( 11 ' ) or the rear connection contacts ( 19 ) on the solar cells ( 1 ) are provided in a first step, in particular sequentially, with solder paste or adhesive and in a second step, the solar cells of the solar cell module, in particular at the same time, are soldered or glued onto the carrier body. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Solarzellen (1) zum Auflöten ganzflächig erwärmt werden.Method according to claim 7, wherein the solar cells ( 1 ) are heated for soldering over the entire surface. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Solarzellen (1) mittels Schwalllöten auf die Leitbahnen (3') aufgelötet werden.Method according to claim 7 or 8, wherein the solar cells ( 1 ) by wave soldering on the interconnects ( 3 ' ) are soldered.
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